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甲醛是一种有机挥发性有毒物质,可以对人体造成很大的危害。用传统的甲醛气体检测方法,很难在常温下对微量甲醛做出实时、准确、低成本的检测。QCM传感器是一种可以检测微小质量(纳克级)变化的仪器。通过对QCM电极表面进行功能化修饰来检测微量甲醛已经引起了国内外学者的广泛关注。但是目前此类研究面对个难题：平滑感知膜限制了其单位面积内对甲醛气体吸附点的数量。本课题以设计一种基于QCM技术的新型高效甲醛气体传感器为目标,结合静电纺丝技术和纳米材料表面修饰技术在这一领域取得了重大突破,制备出了灵敏度高、选择性好、可重复、反应时间短的纳米多孔纤维甲醛气体传感器,并建立了三维立体纳米多孔纤维结构与传感器性能的理论关系。本课题首先采用一步静电纺丝法制备了具有超高比表面积的三维立体聚苯乙烯(PS)多孔纳米纤维膜。实验选用THF/DMF(质量比1：4)混合有机挥发溶剂作为PS静电纺丝液的溶剂。探讨了静电纺丝工艺参数以及PS纺丝溶液的性质对PS静电纺丝过程的影响,并相应地确定了最佳纺丝工艺参数：PS纺丝液浓度为7wt%、10wt%和13wt%,高压电源电压为20kV,接收距离为15cm,注射器推进速度为4ml/h,实验室温湿度分别为25℃和40%RH。随后对制得的三种PS纳米纤维膜进行扫描电镜测试(FE-SEM),并用Acrobat Photoshop图像分析软件和数理统计的方法对纤维直径进行了分析。结果表明三种PS纳米纤维均有孔状结构和表面带孔的串珠结构；纺丝液浓度越大,同样条件下,收集到的纤维膜越厚,纤维直径越大。另外,还对制得的PS纤维膜进行了BET比表面积测试和氮气吸附-解吸附测试,并用ASAP2020表面积分析软件对测试结果进行了分析。结果表明,随着纺丝液浓度的增加,PS纳米纤维比表面积增加,且比相同条件下平滑膜的比表面积大十多倍；值得注意的是纤维的直径是逐渐增加的(不利于比表面积的增加),这说明纤维中的孔分布是影响比表面积的主导因素；另外还发现,纤维中孔的尺寸属于介孔和大孔范围；而且随着浓度的增加,同样孔宽度条件下,单位质量纤维中的孔体积变大。这些孔的形成可以用相分离理论来解释。然后,通过滴铸聚乙烯亚胺(PEI)的方法,对直接纺到QCM电极上的PS纳米纤维膜进行功能化修饰。PEI中的羟基可以与甲醛分子发生可逆化学反应,是用于甲醛气体检测的理想材料。但是PEI几乎不能通过静电纺丝直接接载到QCM电极上,因此本实验采用滴铸的方法。同样采用FE-SEM方法对滴铸PEI后的纤维膜形态进行了表征。实验发现,PEI颗粒成功附着到了三种纤维样品中,且纺丝液浓度越大,纤维中吸附的PEI颗粒的数量越多；另外,PEI的存在对PS多孔纳米纤维膜的形态没有影响。最后,将制备好的PEI-PS甲醛气体传感器置于Stanford QCM200测试系统进行检测。实验测试了PS纺丝液浓度、PEI滴铸量对所设计的甲醛气体传感器性能的影响。结果表明,同样PS和PEI接载量的情况下,纺丝液浓度越高,传感器性能越好；PEI滴铸量越多,传感器性能越好,但是实验发现PEI的滴铸量超过6000Hz时容易引起QCM电极过载,超过1000Hz的PS负载量导致纤维膜呈非刚性状态。选择性测试表明该传感器的性能不受其他常见有机挥发性气体的干扰。另外,本课题还综合考虑了所有测试结果,建立了三维立体PS多孔纳米纤维膜的形态结构与最终制得的传感器性能之间的理论关系,为今后类似传感器的研究提供了实验和理论依据。